CYTOCHROOM P450 TWINTIG KEER ACTIEVER NA SNELLE EVOLUTIE

Evolutie in een reageerbuis. Zo kun je het beste het experiment omschrijven dat scheikundigen van het California Institute of Technology onlangs hebben uitgevoerd (Nature, 17 juni 1999). Met deze aanpak verbeterden ze de werking van een natuurlijk enzym, cytochroom P450. Dit enzym behoort tot de grote familie van cytochroom P450 mono-oxygenases die een rol spelen bij onder andere de synthese van hormonen, omdat ze verbindingen als steroïden kunnen voorzien van een zuurstofatoom. Op dezelfde manier maken ze lichaamsvreemde stoffen, zoals medicijnen en pesticiden, geschikt voor afbraak. Nu de chemie steeds `groener' wordt, staan dit soort enzymen volop in de belangstelling. Het zijn uitstekende (bio)katalysatoren, die onder milde omstandigheden hun werk doen. Helaas zijn ze ook vrij instabiel en is hun productie laag. Het cytochroom heeft daarbij ook nog eens hulp nodig van een zogenaamde co-factor, die de reactie weliswaar extra versnelt, maar ook compliceert.

Hyun Joo, Zhanglin Lin en Frances Arnold haalden het gen voor cytochroom P450 uit de bacterie Pseudomonas putida en plaatsten dat in een E.coli-bacterie. Via de polymerase-ketting-reactie werd het cytochroom P450-gen vele malen gekopieerd waarbij ervoor werd gezorgd dat er steeds kleine overschrijffouten werden gemaakt (kunstmatige mutaties). Af en toe werden zelfs hele stukken uitgewisseld. Zo werden niet minder dan 200.000 nieuwe cytochroomvarianten verkregen. Sommige daarvan waren tot niets meer in staat, omdat blijkbaar een essentieel stuk van het enzym was verdwenen. Andere deden het daarentegen beter dan de natuurlijke variant. Deze enyzmen konden zeer efficiënt een zuurstofgroep aan naftaleen (het belangrijkste bestanddeel van mottenballen) zetten. De onderzoekers slaagden er zelfs in om het gebruik van de normaal onmisbare co-factor te omzeilen: ze gebruikten waterstofperoxide als zuurstofbron. Het ontbreken van een co-factor betekent een aanzienlijke vereenvoudiging van dit metabole proces.

Via een truc kon de activiteit van elk enzym op een snelle manier worden vertaald in een lichtsignaal: hoe meer product er werd gesynthetiseerd, des te sterker fluoresceerde de bacteriekolonie waarin het betreffende enzym aan het werk was. Uiteindelijk bleven zo een aantal varianten over, waarvan de beste een twintig keer hogere activiteit vertoonde dan zijn ouder. Nog altijd is dat lang niet voldoende om op industriële schaal iets te betekenen. Het belang van het experiment zit hem echter in de kracht van de methode die is ontwikkeld. Deze is namelijk zo algemeen dat hij ook gemakkelijk kan worden toegepast op andere enzymen. Ook kan er op andere eigenschappen worden geselecteerd, bijvoorbeeld de stabiliteit bij hogere temperaturen. Ten slotte maakt het gebruik van het fluorescentiesignaal het mogelijk om verschillende producten van elkaar te onderscheiden.

(Rob van den Berg)